BR112013009046B1

BR112013009046B1 - Sistema e método para computações utilizando representações otimizadas do modelo de terra

Info

Publication number: BR112013009046B1
Application number: BR112013009046-4A
Authority: BR
Inventors: Raymond Ergas; Olivier Pell; Tamas Nemeth
Original assignee: Chevron U.S.A. Inc
Priority date: 2011-03-30
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2020-09-29
Also published as: US8798967B2; CA2817632A1; WO2012161838A8; EP2691903A2; AU2012259389A1; WO2012161838A2; CN103229180A; BR112013009046A2; EP2691903A4; CN103229180B; CA2817632C; US20120253762A1; WO2012161838A3; AU2012259389A8; AU2012259389B2

Abstract

sistema e método para computações utilizando representações otimizadas do modelo de terra. é fornecido um método e um sistema correspondente para a computação, utilizando um modelo de representação de terra por meio de um sistema de computação com um primeiro processador tendo acesso a um conjunto de dados de modelo de terra. o método inclui a compressão do conjunto de dados de modelo de terra no primeiro processador para gerar uma tabela de consulta e um conjunto de índices de dados (isto é, de um modo coletivo uma representação do modelo de terra comprimido), em que a tabela de consulta inclui valores de dados quantizados. então se armazenar a tabela de consulta num primeiro nível de memória ("rapido") , e se armazenam os índices num segundo nível de memória ("mais lento", com maior capacidade de memória), a tabela de consulta e os índices podem ser acedidos para descomprimir seletivamente a representação do modelo de terra comprimido no primeiro processador de tal forma que o cálculo pode ser realizado de forma eficiente pelo primeiro processador.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] Esta invenção se refere de um modo geral ao processamento de dados de modelo de terra, e, mais particularmente, a um sistema e método para melhorar a eficácia dos cálculos que utilizam representações de modelo de terra.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[0002] As operações de processamento sísmico, como a modelagem e a migração para a frente, exigem o armazenamento dos parâmetros do modelo de terra, como velocidade, densidade, parâmetros de anisotropia, etc. Para problemas complexos de modelagem, o armazenamento ideal dos parâmetros do modelo de terra requer grandes quantidades de capacidade de armazenamento de dados.

[0003] Os métodos conhecidos, para problemas de modelagem complexas de terra utilizam métodos de compressão padrão, como compressão wavelet ou JPEG. Os métodos de compressão convencionais, no entanto, foram desenvolvidos principalmente para minimizar a quantidade desejada de armazenamento de dados, e não para maximizar a precisão e a eficácia computacional da modelagem de terra, ou para minimizar o custo de descompressão.

[0004] Assim, existe uma necessidade para a compressão e descompressão ótimas de conjuntos de dados do modelo de terra para uso em computação. Comprimindo e descomprimindo seletivamente os dados otimamente, os requisitos de armazenamento de dados e os custos podem ser reduzidos, melhorando a eficácia computacional.

SUMÁRIO

[0005] É descrito um método para a computação utilizando uma representação do modelo de terra por um primeiro processador de computador tendo acesso a um conjunto de dados do modelo original de terra. A título de exemplo, o conjunto de dados do modelo original de terra pode incluir dados do modelo de terra não comprimidos ou previamente comprimidos. O primeiro processador está operativamente em comunicação com pelo menos duas memórias, uma memória de primeiro nível e uma memória de segundo nível, em que o segundo nível de memória é mais lento mas com maior capacidade de memória do que a memória de primeiro nível.

[0006] De acordo com uma modalidade da invenção, o método inclui a etapa de compressão do conjunto de dados de modelo de terra, utilizando o primeiro processador para gerar uma tabela de consulta e uma pluralidade de índices de dados (ou seja, a tabela de consulta e os índices referidos coletivamente a uma "representação comprimida de modelo de terra"), em que a tabela de consulta de dados inclui valores quantizados. A tabela de consulta é armazenada na memória do primeiro nível, e os índices são armazenados na memória do segundo nível. O método inclui então o passo de acesso à tabela de consulta a partir da memória de primeiro nível e os índices da memória de segundo nível para seletivamente descomprimir a representação do modelo de terra comprimido no primeiro processador e para permitir o cálculo através da utilização da representação do modelo de terra descomprimido pelo primeiro transformador.

[0007] O método da presente invenção permite que uma única compressão do conjunto de dados de modelo de terra original de modo a que pode ser armazenado na memória local de um processador de computador e seletivamente descomprimido, repetidamente, conforme possa ser o caso, utilizando uma tabela de consulta. Acedendo aos dados e índices de consulta, e descomprimindo no processador, os dados do modelo de terra descomprimido residem apenas no processador a executar o cálculo, e, portanto, nunca são lidos a partir de uma memória externa. Como tal, o tamanho do modelo de terra que pode ser residente na memória local do dispositivo de processamento é muito aumentado, a velocidade à qual os dados do modelo de terra podem ser acedidos é aumentada, e o desempenho computacional é melhorado em comparação com o armazenamento convencional e o acesso aos dados do modelo de terra de/para dispositivos externos de memória, ou a decomposição e distribuição de problemas de modelagem de terra em vários nodos computacionais ou processadores em comunicação uns com os outros. De acordo com a presente invenção, certos subgrupos selecionados de dados do modelo de terra podem ser acedidos sem descomprimir o conjunto de dados total durante o cálculo.

[0008] De um modo vantajoso, a presente invenção pode ser utilizada para aumentar a velocidade e reduzir o custo dos cálculos que requerem o uso do modelo de dados de terra, incluindo mas não limitado a imagens sísmicas, a modelagem futura, a migração sísmica, a inversão da forma de onda e a interpolação de traços. O método foi opimizado para a descompressão, a qual pode ser executada repetidamente e eficientemente no processador, uma vez que a descompressão requer apenas uma única consulta para ser realizada utilizando o primeiro nível (rápido) de memória. A compressão é realizada uma vez e pode ser arbitrariamente complexa, desde que o resultado seja uma tabela de consulta e a pluralidade de valores de índice.

[0009] A compressão do conjunto de dados do modelo de terra pode incluir a quantização não uniforme para otimizar a representação de valores de dados do modelo de terra importantes ou preferenciais terrosos a serem utilizados no cálculo. Técnicas de quantização não uniformes podem incluir uma técnica de entre, ou uma combinação de técnicas, adaptativa ou guiada, dependendo do tipo de modelo de terra utilizado. Os valores de dados de modelo de terra da tabela de consulta podem representar parâmetros selecionados do modelo de terra e incluem um ou mais dos valores derivados, escalares, e de vector.

[0010] A compressão dos dados do modelo de terra pode também incluir um passo para a aplicação de ruído aleatório destinado a tornar aleatórios os valores de dados quantizados da tabela de consulta. A aplicação de ruído aleatório pode ser realizada para melhorar as propriedades de precisão em larga escala de um meio subsuperficial, que pode ser diferente dos dados de valores do modelo de terra realmente a ser compactados. Por exemplo, na compressão de dados de velocidade do modelo de terra, a aplicação de ruído aleatório pode ser utilizada para melhor preservar a distribuição da lentidão com os meios de subsuperfície, ou para melhor preservar a relação entre os parâmetros anisotrópicos.

[0011] Opcionalmente, e de acordo com outra modalidade da presente invenção, um segundo processador "acelerador" é fornecido, tendo uma memória de primeiro nível e uma memória de segundo nível, sendo a memória de segundo nível maior e mais lenta do que a memória de primeiro nível. Vantajosamente, a tabela de consulta é, ao invés, armazenada na memória de primeiro nível do segundo processador, e os índices são, ao invés, armazenados na memória do segundo nível do segundo processador. A tabela de consulta e os índices são então acedidos a partir do primeiro nível e as memórias do segundo nível do segundo processador, respectivamente, descomprimem seletivamente a representação do modelo de terra comprimido no segundo processador, em vez do primeiro transformador. Isto permite que o segundo processador proporcione uma computação mais eficaz utilizando a representação do modelo de terra.

[0012] De acordo com outra modalidade da invenção, um sistema de computação, utilizando uma representação do modelo de terra inclui um primeiro nível de memória, um segundo nível de memória que é mais lento mas com uma maior capacidade de memória do que o primeiro nível de memória, e um primeiro processador tendo acesso a um conjunto de dados de modelo de terra, e em que o primeiro processador está operativamente em comunicação com a memória de primeiro nível e a memória do segundo nível. O sistema ainda inclui meios legíveis por computador, acessíveis pelo primeiro processador, e inclui um código legível por computador para: (1) comprimir o conjunto de dados de modelo de terra no primeiro processador para gerar uma representação comprimida do modelo de terra, em que uma representação comprimida do modelo de terra inclui uma pluralidade de índices de dados e uma tabela de consulta tendo valores de dados quantizados, (2) o armazenamento de tabela de consulta na memória do primeiro nível, (3) o armazenamento de índices de memória do segundo nível, e (4) o acesso à tabela de consulta a partir da memória de primeiro nível e dos índices da memória de segundo nível para, seletivamente, descomprimir a representação do modelo de terra comprimida no primeiro processador para permitir o cálculo utilizando a representação do modelo de terra descomprimido pelo primeiro transformador.

[0013] O primeiro processador pode ser uma unidade de processamento central (CPU), a memória de primeiro nível pode ser uma memória cache, tal como uma memória cache de nível um (L1), e o segundo nível de memória pode ser uma memória de acesso aleatório (RAM).

[0014] E m outra modalidade, o sistema inclui ainda um segundo processador em comunicação com o primeiro processador, tendo o segundo processador uma memória e primeiro nível e uma memória de segundo nível, sendo a memória de segundo nível do segundo processador mais lenta, mas com uma maior capacidade de memória do que a memória de primeiro nível do primeiro processador. Os meios legíveis por computador, são acessíveis por um ou ambos os primeiro e segundo processadores, e incluem ainda o código legível por computador para: (1) armazenar a tabela de consulta na memória do primeiro nível do segundo processador, em vez da memória de primeiro nível do primeiro processador, (2) o armazenamento de índices de memória do segundo nível do segundo processador em vez da memória do segundo nível do primeiro processador, e (3) o acesso à tabela de consulta e aos índices a partir das memórias do primeiro nível e do segundo nível do segundo processador, respectivamente, para descomprimir seletivamente a representação do modelo de terra comprimida no segundo processador, em vez do primeiro processador para permitir o cálculo do segundo processador, em vez do primeiro processador.

[0015] O segundo processador pode ser uma unidade de processamento gráfico (GPU), a memória de primeiro nível pode incluir a memória partilhada, e a memória de segundo nível pode incluir uma memória global. Alternativamente, o segundo processador pode ser uma matriz de portas de campo programável (FPGA), a memória de primeiro nível pode incluir um bloco de RAM (BRAM), e a memória de segundo nível pode incluir uma memória de RAM dinâmica (DRAM).

[0016] De acordo com mais outra modalidade da presente invenção, um artigo de fabrico inclui um meio legível por computador tendo um código legível por computador para a execução de um método de cálculo que utiliza uma representação do modelo de terra. O método compreende: (1) a compressão de um conjunto de dados do modelo de terra comprimindo no primeiro processador para gerar uma representação do modelo de terra comprimido, em que a representação do modelo de terra comprimido inclui uma pluralidade de índices de dados e uma tabela de consulta tendo valores de dados quantizados (2); o armazenamento da tabela de consulta na memória de primeiro nível, (3) o armazenamento de índices de memória do segundo nível, e (4) o acesso à tabela de consulta a partir da memória de primeiro nível e dos índices da memória de segundo nível para descomprimir seletivamente a representação do modelo de terra comprimido no primeiro processador para permitir a computação pelo primeiro processador.

[0017] Opcionalmente, o artigo de fabrico pode também incluir um código legível por computador para: (1) armazenar a tabela de consulta na memória de primeiro nível de um segundo transformador, em vez de na memória de primeiro nível do primeiro processador, (2) armazenar os índices numa memória de segundo nível do segundo processador, em vez da memória segundo nível do primeiro processador, e (3) o acesso à tabela de consulta e aos índices das memórias do primeiro nível e do segundo nível do segundo processador, respectivamente, para descomprimir seletivamente o modelo de representação de terra comprimido no segundo processador, em vez do primeiro processador para permitir o cálculo por parte do segundo processador, em vez de pelo primeiro processador.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0018] Uma descrição detalhada da presente invenção é feita com referência a modalidades específicas da mesma, como ilustrado nos desenhos anexos. Os desenhos descrevem apenas modalidades típicas da invenção e, portanto, não se destinam a serem consideradas como limitando o seu escopo.

[0019] A FIG. 1 ilustra um sistema configurado para melhorar a eficiência dos cálculos utilizando representações do modelo de terra de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0020] A FIG. 2 é um fluxograma de um método para cálculos que utilizam representações de modelo de terra de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[0021] A FIG. 3 é um diagrama que mostra o efeito da aplicação aleatória ponderada de ruído aleatório quando se quantifica os dados do modelo de terra não comprimidos.

[0022] A FIG. 4 mostra uma amostra original do parâmetro de dados do modelo de terra (não comprimido), uma representação do modelo de terra descomprimido (sem aplicação de ruído aleatório), e uma representação do modelo de terra descomprimido (com aplicação de ruído aleatório).

[0023] A FIG. 5 mostra o parâmetro de dados do modelo de terra da amostra original (não comprimido) da FIG. 5, e as diferenças entre uma representação do modelo de terra descomprimido (sem aplicação de ruído aleatório), e entre uma representação de um modelo de terra descomprimido (com aplicação de ruído aleatório).

[0024] A FIG. 6 é um diagrama que mostra o impacto de diferentes esquemas de quantização na distribuição de caixa de dados de modelos de terra.

[0025] A FIG. 7 é uma comparação de erros nos resultados da modelação acústica para a frente, utilizando representações de modelo de terra com esquemas de quantização diferentes.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0026] A presente invenção pode ser descrita e implementada no contexto geral de um sistema e métodos de computador para serem executados por um computador. Tais instruções executáveis por computador podem incluir programas, rotinas, objetos, componentes, estruturas de dados e tecnologias de software de computador que podem ser usadas para executar tarefas específicas e tipos de dados de processo abstratos. Implementações de software da presente invenção podem ser codificadas em várias línguas para aplicação numa grande variedade de plataformas e ambientes de computação. Se faz observar que o escopo e os princípios subjacentes à presente invenção não estão limitados a qualquer tecnologia especial de software de computador.

[0027] Além disso, os peritos na técnica irão apreciar que a presente invenção pode ser posta em prática utilizando qualquer um, ou uma combinação, de hardware e software, incluindo, mas não se limitando a, um sistema que tem um sistema de processador único e/ou de multiprocessadores, dispositivos portáteis, aparelhos eletrônicos programáveis, minicomputadores, computadores mainframe, super-computadores, e similares. A invenção pode também ser posta em prática em ambientes de computação distribuída em que as tarefas são realizadas por servidores ou outros dispositivos de processamento que estão ligados através de uma ou mais redes de comunicações de dados. Num ambiente de computação distribuído, os módulos do programa podem estar localizados nos meios de computador local e remoto de armazenamento, incluindo dispositivos de armazenamento de memória.

[0028] Além disso, um artigo de manufactura para uso com um processador de computador, tal como um CD, um disco pré-gravado ou outros dispositivos equivalentes, pode incluir um meio de armazenamento de programa de computador e meios de programa gravados no mesmo meio para dirigir o processador do computador a fim de facilitar a aplicação e a prática da presente invenção. Tais dispositivos e artigos de manufactura também caem dentro do espírito e do escopo da presente invenção.

[0029] Fazendo agora referência aos desenhos, serão descritas modalidades da presente invenção. A invenção pode ser implementada de várias maneiras, incluindo, por exemplo, como um sistema (incluindo um sistema de processamento de computador), um método (incluindo um método implementado por computador), um aparelho, um meio legível por computador, um produto de programa de computador, uma interface gráfica de usuário, um portal da internet, ou uma estrutura de dados fixa de forma tangível na memória legível por computador. Várias modalidades da presente invenção são discutidas a seguir. Os desenhos em anexo ilustram apenas modalidades típicas da presente invenção e portanto não devem ser considerados como limitando o seu escopo e amplitude.

[0030] A FIG. 1 é um diagrama de blocos de um sistema de computação 100 configurado para melhorar a eficácia dos cálculos, como uma modelagem e migração para a frente, que utilizam os dados do modelo de terra. O sistema de computação 100 inclui pelo menos um dispositivo de computação ou chip de processador 10, que tem um processador de computador de uso geral 12, tal como uma unidade central de processamento (CPU) 12, acoplada a um dispositivo de memória de primeiro nível 14 e um dispositivo de memória de segundo nível externo 20, onde o dispositivo de memória de segundo nível 20 é mais lento mas com uma capacidade de memória maior do que a memória de primeiro nível 12. O dispositivo de memória de primeiro nível 14, a título de exemplo, pode ser uma memória cache de nível um no chip da CPU 12. O primeiro nível 14 do dispositivo de memória é de preferência o mais rápido do dispositivo de memória disponível para a CPU 12, e é capaz de armazenar pelo menos um kilobyte de dados. O dispositivo de memória de segundo nível 20, a título de exemplo, pode ser um dispositivo de memória de acesso aleatório acoplada ao chip primeiro processador 10.

[0031] O sistema 10 inclui ainda um dispositivo de armazenamento de dados ou base de dados 40 para armazenar os dados do modelo de terra original, e um barramento 50 para permitir a comunicação entre o dispositivo de computação 10 e a base de dados 40. A título de exemplo e não como limitação, os dados do modelo de terra a partir da base de dados 40 podem conter os parâmetros do modelo acústico, os parâmetros do modelo de isotropia vertical transversais (VTI), isotropia transversal inclinada (TTI), os parâmetros do modelo de densidade variável TTI, os parâmetros de modelo de elasticidade, ou os parâmetros do modelo visco-elástico.

[0032] Opcionalmente, um cartão "acelerador" 30 pode ser operativamente ligado ao chip do processador 10 e à base de dados 40 através do barramento 50. O cartão de acelerador 20 inclui um chip de acelerador 32, o qual por sua vez inclui um dispositivo de computação ou segundo processador 34, um dispositivo de memória em chip 36, e um dispositivo de acelerador de cartão de memória 38 acoplado ao dispositivo de memória no chip 36. O acelerador no chip de memória do dispositivo 36 é uma memória de primeiro nível, e o cartão acelerador do dispositivo de memória 38 é uma memória de segundo nível, em que o segundo dispositivo de cartão de memória de acelerador 38 é mais lento, mas com uma maior capacidade de memória do que o dispositivo de memória do chip 36. Numa modalidade da presente invenção, o dispositivo de computação do acelerador 32 é uma unidade de processamento gráfico (GPU), a memória de primeiro nível 36 é uma memória partilhada GPU, e a memória de segundo nível 38 é uma memória GPU global. Noutra modalidade da presente invenção, o dispositivo de computação do acelerador 32 é uma matriz de portas de campo programável (FPGA), a memória de primeiro nível 36 é uma memória de bloco de RAM (BRAM), e a memória de segundo nível 38 é uma memória dinâmica (DRAM).

[0033] A FIG. 2 é um diagrama de fluxo para um método de cálculo 200 utilizando um modelo de representação de terra que pode ser implementado pelo sistema 100 descrito com referência à FIG. 1. De acordo com uma modalidade da presente invenção, o método 200 inclui o passo 210 de acesso a partir da fonte de dados 40 de um conjunto de dados do modelo original de terra, que a título de exemplo, pode ser um conjunto de dados do modelo não comprimido ou previamente comprimido de terra, e o passo 220 de comprimir o conjunto de dados de modelo de terra. O passo de compressão 220, executado pela CPU 12, gera uma tabela de consulta com valores de dados quantizados, e uma pluralidade de índices de dados para cada ponto no volume relevante. De acordo com a presente invenção, um parâmetro de modelo de terra na forma comprimida pode ser representado com uma tabela de consulta, e, para cada ponto no volume, um índice na tabela (em que a tabela de consulta e os índices são coletivamente referidos como uma "representação comprimida do modelo de terra". Por exemplo, quando se quantifica um parâmetro de modelo de terra que é armazenado na IEEE de ponto flutuante de precisão única (4 bytes) para 256 valores, então cada ponto no volume exigiria um índice de 8 bits (1 byte), dando uma relação de compressão eficaz de quase 4:1. Como tal, a memória real necessária para comprimir um modelo de N3- ponto com uma tabela de entrada em c seria igual a [log2(c)]XN3 bits.

[0034] Os valores dos dados da tabela de consulta podem ser um ou uma combinação dos valores de vector, escalares, e derivados, e representam de forma uniforme ou não uniforme valores quantizados dos dados descomprimidos do modelo de terra no banco de dados 40. Os valores escalares são quantidades individuais, os valores de vector são quantidades múltiplas que são correlacionados e que podem ser "co-com prim idos" e "co-descom prim idos" em paralelo, e os valores derivados são valores múltiplos (por exemplo, seno q, co-seno q), determinados a partir da tabela de consulta e um índice único (q). Os valores quantizados não uniformemente podem ser determinados, por exemplo, através da utilização de técnicas cúbicas, adaptativas, guiadas adaptativa de quantização tal como descrito abaixo com referência à FIG. 6. Os valores quantizados também podem ser tomados aleatórios durante a etapa de compressão 220 para evitar gradientes no conjunto de dados do modelo de terra descomprimido de serem transformados em arestas vivas artificiais na representação do modelo de terra comprimido. Para certos parâmetros de modelo de terra múltiplos do conjunto de dados de modelo de terra, o algoritmo de compressão pode levar em conta as restrições e/ou regras físicas para a consistência entre esses parâmetros. Os valores dos vectores do conjunto de dados de modelo de terra podem ser comprimidos em paralelo ("co- comprimidos"), e os valores do vector da representação do modelo de terra comprimido podem ser descomprimidos em paralelo ("co-descomprimidos").

[0035] Fazendo de novo referência à FIG. 2, a tabela de consulta é então armazenada na memória do primeiro nível 14, passo 230, e os índices armazenados na memória do segundo nível 20. A tabela de consulta e os índices são então acedidos pela CPU 12 a partir de suas respectivas memórias e ambos são utilizados para descomprimir seletivamente a representação comprimida do modelo de terra, passo 250. Cálculos, tais como a modelação para a frente e a migração, são então realizados na CPU 12, utilizando a representação do modelo de terra descomprimido.

[0036] Quando um cartão acelerador 30 se encontra presente, a tabela de consulta pode ser armazenada na memória do primeiro nível 36 do chip acelerador 32, e a representação do modelo de terra compactada armazenada na memória do segundo nível 38 da placa aceleradora 32. De preferência, por exemplo no caso de um FPGA é o processador de acelerador 34, a tabela de consulta e a representação do modelo de terra comprimido são usados pelo processador FPGA 34 para descomprimir a representação do modelo de terra para realizar o cálculo, o que em si utiliza a representação do modelo de terra descomprimido no processador FPGA 34.

[0037] O método 200, tal como descrito com referência à FIG. 2 é vantajoso na execução de operações de processamento sísmico como modelagem para a frente ou a migração onde, por exemplo, muitos parâmetros de modelos de terra, como a velocidade, a densidade, os parâmetros de anisotropia, e outros, são usados. Para problemas complexos de modelagem de terra, os parâmetros do modelo descomprimidos exigem grandes quantidades de armazenamento de dados na memória local. O método da presente invenção é mais eficaz do que os métodos convencionais em que a compressão pode ser realizada apenas uma vez, enquanto que a descompressão pode ser realizada eficazmente muitas vezes ao longo da computação (por exemplo, modelagem para a frente, migração, etc.), acedendo à tabela de consulta a partir da memória de primeiro nível (rápido). Como o modelo de terra não costuma mudar durante um cálculo que utiliza dados do modelo de terra, os esquemas de compressão podem ser projetados para ser complexos e executados apenas uma vez, enquanto que o esquema de descompressão pode ser projetado para ser simples e tão rápido quanto possível. O esquema de compressão também permite o acesso aleatório ao volume comprimido em vez de exigir que todo o volume (ou blocos do volume) seja descomprimido a fim de aceder a um único ponto do modelo de terra.

[0038] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o passo de compressão 220 pode alcançar uma compressão 4:1 que quantifica um parâmetro de modelo de terra para um determinado ponto em pelo menos 256 valores únicos, representados numa tabela de consulta por um índice de consulta de 8 bits. Assim, em vez de armazenar todos os valores de 32 bits, é necessário apenas armazenar um índice de 8 bits para cada ponto, conseguindo uma redução de 4x em requisitos de armazenamento. Maiores taxas de compressão podem ser conseguidas utilizando um menor número de bits de índice e taxas de compressão mais baixas podem ser conseguidas usando um grande número de bits no índice de consulta. Descompressão requer apenas uma única tabela de consulta, uma operação muito barata. Numa CPU, a tabela de consulta pode ser armazenada na memória cache, numa GPU na memória partilhada, ou em FPGA num único "bloco de RAM".

[0039] A título de exemplo, com um índice de 8 bits, duas operações paralelas de descompressão podem ser realizadas utilizando um único chip de processamento de acelerador, tal como um Xilinx™ Virtex-5 FGPA tendo uma porta dupla BRAM no chip. Com tal BRAM, 512 valores de 32 bits podem ser armazenados com dois acessos à memória paralela por ciclo. Com uma taxa de compressão de 4:1, cada BRAM pode armazenar duas tabelas de consulta de descompressão diferentes de tamanho 256. Por exemplo, um BRAM único pode ser utilizado para descomprimir um ponto do B (flutuabilidade) e um ponto de K (módulo global) das matrizes de modelo de terra. Uma vez que os pontos individuais de modelo de terra são independentes, a descompressão de pontos múltiplos em paralelo requer simplesmente a utilização de múltiplas BRAMs, por exemplo, 4 BRAMs podem ser usadas para descomprimir 4 valores de B e K em paralelo.

[0040] Uma vez que a compressão do conjunto de dados original do modelo de terra é executada na CPU (ou, alternativamente, no processador acelerador), é possível otimizar o esquema de compressão de modelos de terra em particular. Esquemas de compressão exemplificativos "personalizados" para os modelos de terra selecionados serão descritos abaixo. No entanto, qualquer que seja o esquema de compressão dependente do modelo, a aplicação de ruído aleatório pode ser efetuada durante o passo de compressão 220 para evitar a introdução de artefatos em grande escala devido à quantização do modelo de terra.

[0041] A FIG. 3 é um diagrama que mostra o efeito da aplicação aleatória ponderada de ruído aleatório quando se quantifica o conjunto de dados do modelo original de terra a partir da base de dados 40. Quando os dados originais 300 representam um gradiente, a quantização simples produz uma representação comprimida do modelo de terra que pode levar a artefatos geofísicos como mostrado por 302. A aplicação de ruído aleatório 304 corrige para estes artefatos.

[0042] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o passo de aplicação de ruído aleatório funciona da seguinte maneira. Quando um valor de modelo de conjunto de dados de terra não pode ser representado exatamente no espaço quantizado, a escolha entre os dois valores mais próximos é probabilisticamente determinada com um valor aleatório. Um tal arredondamento aleatório impede que gradientes nos dados originais sejam transformados em arestas afiadas no modelo de representação de terra comprimido, e evitam os artefatos na saída que tais arestas artificiais produzem. Ao longo de uma região particular, por exemplo, um comprimento de onda médio, as propriedades em bloco do meio podem ser mantidas, o que pode melhorar significativamente a precisão global da modelagem de terra.

[0043] A FIG. 4 mostra o conjunto de dados do modelo de terra original 400 e efeitos de "discretização sem aplicação de ruído aleatório" 402 e "discretização com aplicação de ruído aleatório" 404 sobre a representação do modelo de terra. Se observem as orlas afiadas artificiais na região 412 versus as transições suaves na região 410. Com aplicação de ruído aleatório, como mostrado pela região 414, as transições agudas são minimizadas. A FIG. 5 mostra o erro (diferença) entre os dados do modelo de terra original 500 e o modelo de representação de terra descomprimido (sem aplicação de ruído aleatório) 502 e o modelo de representação de terra descomprimido (com aplicação de ruído aleatório) 504.

[0044] Fazendo de novo referência à FIG. 2, o passo de compressão 220 pode utilizar a quantização uniforme e não uniforme. Um esquema de compressão simples pode utilizar a quantização uniforme para converter de um ponto flutuante de 32-bit para um formato comprimido, por exemplo, de 8-bit. Com essa abordagem, no entanto, os erros de modelagem de terra podem surgir em parte, por exemplo, por causa da compressão uniforme de módulo global e dos parâmetros de flutuação do modelo de terra. O impacto da quantização do módulo global uniformemente, por exemplo, pode resultar numa distribuição muito irregular de valores em que muitos recipientes não são usados. O módulo global tem uma gama (isto é, a diferença entre os valores mínimo e máximo) de cerca de 25x do valor mínimo, em comparação com a velocidade que tem uma gama de cerca de 3x. Isto significa que com uma quantização uniforme de cada compartimento deve representar muitos mais valores, o que causa uma perda significativa de precisão nos cálculos que utilizam representações do modelo de terra.

[0045] Como tal, a quantização não uniforme pode ser utilizada durante o passo de compressão 220 para minimizar a perda de precisão na compressão que leva a erros no cálculo utilizando o modelo de representação de terra descomprimido. De acordo com uma modalidade da presente invenção, o método de quantização cúbica pode ser usado como parte do passo de compressão 220. No caso da modelagem isotrópica acústica, por exemplo, a quantização cúbica pode incluir os passos de utilização da raiz cúbica de valores mínimos e máximos para o módulo global, definindo compartimentos de modo uniforme no "domínio de raiz cúbica" e, em seguida, fazendo o cubo dos valores de compartimento para derivar os verdadeiros valores do módulo global. Esta abordagem foi concebida para explorar o fato de o módulo global poder ser correlacionado com o cubo da velocidade de onda do modelo isotrópico acústico.

[0046] Em alternativa, a quantização adaptativa pode ser utilizada como uma forma de quantização não uniforme. A título de exemplo, a abordagem de quantização adaptativa pode incluir os passos de colocação de todos os pontos de dados de terra não comprimidos num compartimento, dividir repetidamente o compartimento que contém o maior erro (quadrado) em dois até que um número desejado de compartimentos seja atingido.

[0047] Um método guiado de quantização adaptativa é também descrito, o qual pode ser iniciado por meio de um número de valores de parâmetros especificados pelo usuário, por exemplo, a velocidade da água e a velocidade de sal. A estes valores são atribuídos compartimentos de quantização, e todos os pontos de dados que não correspondem a estes valores são colocados em um outro compartimento. Em seguida, o erro total ao quadrado (ou seja, a soma dos quadrados das diferenças absolutas entre valores quantizados e valores originais) é calculado para cada compartimento, e o compartimento de quantização com o maior erro é dividido em dois compartimentos. Os valores do compartimento original entre os dois novos compartimentos são então redistribuídos, e o método é repetido até que o número desejado de compartimentos de quantização tenha sido alcançado, ou até que o erro total de todos os compartimentos seja zero. Este método assegura uma representação precisa dos valores particularmente significativos, tais como a velocidade da água, e um erro total minimizado para os outros valores no volume.

[0048] A diferença entre os esquemas, adaptativo e adaptativo guiado é que o último implementa a estratégia de adaptação de dividir repetidamente o compartimento que contém o maior erro (quadrado) em dois até que o número desejado de compartimentos seja atingido, mas de um modo adicional atribui um certo número de valores de compressão a qualquer gama determinada de parâmetros. Os valores de compressão representam um conhecimento à priori dos parâmetros de terra para orientar o processo de adaptação, fornecendo condições de partida. Como tal, a densidade de compressão e a tolerância podem ser reguladas numa base de intervalo. O esquema pode ser executado com ou sem arredondamento de aplicação de ruído aleatório, como descrito acima. Este método também tem uma vantagem particular na simplicidade do método de descompressão da tabela de consulta, pois os valores representados podem ser arbitrariamente selecionados.

[0049] Lógica semelhante pode ser aplicada a outros parâmetros de modelo de terra tais como os parâmetros elásticos para as representar utilizando um menor número de bits. Mais uma vez, os valores representados, no espaço de parâmetro multidimensional pode ser escolhido arbitrariamente para impedir a representação dos valores dos parâmetros não físicos, ou valores que levam a uma instabilidade no cálculo.

[0050] A FIG. 6 mostra uma comparação da distribuição dos compartimentos produzida pelos esquemas de quantização uniformes, cúbicos e adaptativos, de acordo com modalidades da presente invenção. A curva 610 mostra uma distribuição de compartimentos representativa para a quantização uniforme, a curva 620 mostra uma distribuição de compartimento representativa para a quantização cúbica, e 630 mostra uma distribuição de compartimento representativa para a quantização adaptativa.

[0051] A FIG. 7 mostra uma comparação do erro introduzido no cálculo utilizando representações do modelo de terra com os esquemas de quantização uniforme 700, cúbica 702 e adaptativa acima descritos. A FIG. 7 mostra a diferença (x100) entre a CPU e a CPU com modelo de compressão de terra para os três esquemas de compressão diferentes. Avaliados usando um erro métrico, o esquema cúbico 702 proporciona uma redução de erro de 2,1x em comparação com a quantização uniforme 700, enquanto o esquema adaptativo 704 proporciona uma redução de 7,2x no erro em comparação com a quantização uniforme 700.

[0052] Exemplos de esquemas de compressão são agora descritos para VTI anisotrópica, TTI, e modelos de terra de densidade variáveis TTI.

[0053] No caso da modelagem VTI, três parâmetros do modelo de terra exigem quantização: velocidade, eta e delta. Eta e delta têm alcance e precisão restringidos que poderiam ser explorados para aumentar a sua taxa de compressão. Por conseguinte, como mostrado na Tabela 1 abaixo, todos os três parâmetros do modelo de terra anisotrópico VTI podem ser armazenados usando não mais do que 16-bits de dados de modelo comprimido, como mostrado em Erro! Fonte de referência não encontrada. Os parâmetros Eta e Delta são conhecidos de forma imprecisa e necessitam somente de baixa precisão para a sua representação.

[0054] Tabela 1: Representação comprimida para os parâmetros do modelo de terra VTI.

[0055] Em comparação, os modelos de terra TTI tâm cinco parâmetros do modelo. Para otimizar a compressão do modelo de terra para os modelos TTI, são utilizados diferentes níveis de quantização para os diferentes modelos de parâmetros TTI baseados na precisão relativa com que eles são conhecidos. Ver Tabela 2 abaixo. A precisão mais elevada é preservada para a velocidade (pés/s).

[0056] Tabela 2: Níveis de compactação para diferentes parâmetros do modelo de terra TTI.

[0057] A compressão TTI resumida na Tabela 1 foi realizada por uma quarta ordem no tempo, décima segunda ordem na aplicação do espaço utilizando aritmética de precisão simples. Seis volumes campo de onda foram utilizados para o cálculo, exigindo um requisito de memória de 4-bytes por ponto para 11 matrizes, ou 44 x N3bytes (onde N é uma dimensão espacial). Para N=1000, 44GB de memória foram necessários. Usando uma combinação de quantização uniforme e não uniforme, uma compressão geral de 6-7x foi conseguida para os cinco parâmetros TTI. Comprimido deste modo, um conjunto completo de parâmetros de modelo de terra TTI pode ser representado em 3 bytes por ponto, o que reduz a memória total exigida para o cálculo, para N = 1000 para 27GB. Se, além disso, aplicarmos um campo de onda de compressão de 2:1, o requisito de armazenamento pode ser reduzido para 15 GB.

[0058] Para otimizar ainda mais a utilização da representação computacional do modelo de terra, cada modelo de "valor comprimido" é descomprimido várias vezes, produzindo diferentes versões dos mesmos parâmetros do modelo. Por exemplo, a partir da mesma entrada de "q comprimido", podemos descomprimir para gerar q, e os valores derivados seno q, seno 2q, co-seno 2q - com cada saída requerendo apenas uma tabela de consulta na FPGA.

[0059] Para uma aplicação de modelagem de densidade variável TTI, um parâmetro de modelo de terra adicional (densidade) é requerido conforme mostrado na Tabela 3 abaixo. Os parâmetros do modelo de terra 6 podem ser comprimidos em 32 bits, que é tipicamente o número de bits e, portanto, o custo de armazenamento de um parâmetro do modelo.

[0060] Tabela 3: Níveis de compactação para diferentes parâmetros de modelo de densidade variável TTI.

[0061] Não obstante a presente invenção ter sido descrita acima em termos de modalidades alternativas, se prevê que ainda outras alterações, modificações e aplicações ficarão evidentes para os peritos na técnica após leitura desta descrição. Por exemplo, deve ser entendido que a presente invenção contempla que, na medida do possível, uma ou mais características de qualquer modalidade podem ser combinadas com uma ou mais características de qualquer outra modalidade. Se pretende pois que essa invenção seja considerada como ilustrativa e não limitativa, e que as reivindicações anexas devem ser interpretadas de modo a incluir todas estas aplicações, alterações, modificações e modalidades que se enquadram no verdadeiro espírito e escopo da invenção.

Claims

1. Método para o cálculo utilizando uma representação do modelo de terra, sendo o método executado por meio de um sistema de computação com um primeiro processador tendo acesso a um conjunto de dados de modelo de terra, estando o primeiro processador operacionalmente em comunicação com a memória de primeiro nível e com uma memória de segundo nível, sendo a memória de segundo nível mais lento mas com uma maior capacidade de memória do que a memória de primeiro nível, o método caracterizadopelo fato de que compreende: a compressão do conjunto de dados de modelo de terra por meio do primeiro processador para gerar uma representação comprimida do modelo de terra, a representação do modelo de terra comprimido compreendendo uma pluralidade de índices de dados e uma tabela de consulta compreendendo valores quantizados de dados, pela quantização do conjunto de dados do modelo de terra para gerar pelo menos um dos valores quantizados de dados; o armazenamento da tabela de consulta na memória do primeiro nível; o armazenamento dos índices na memória de segundo nível, e o acesso à tabela de consulta a partir da memória de primeiro nível e os índices da memória do segundo nível para seletivamente descomprimir a representação do modelo de terra comprimido no primeiro processador para permitir o cálculo do primeiro processador.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que a etapa de compressão compreende a quantização de maneira não uniforme do conjunto de dados do modelo de terra para gerar pelo menos um dos valores quantizados de dados.

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que o passo de quantização não uniforme compreende a utilização de uma quantização cúbica.

4. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizadopelo fato de que o passo de quantização não uniforme compreende a utilização de uma quantização adaptativa.

5. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o passo de quantização não uniforme compreende a utilização de uma quantização adaptativa guiada.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o passo de compressão compreende a quantização uniforme do conjunto de dados de modelo de terra para gerar, pelo menos, um dos valores quantizados de dados.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de dados de modelo de terra compreende uma pluralidade de parâmetros de modelo de terra, e pelo fato de que o passo de compressão compreende a compressão de, pelo menos, dois dos parâmetros do modelo de terra para garantir a consistência com restrições.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de dados de modelo de terra compreende uma pluralidade de parâmetros de modelo de terra representados por uma pluralidade de valores do vector, e pelo fato de que a etapa de compactação compreende, comprimir os valores de vector em paralelo.

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a representação do modelo de terra comprimido compreende uma pluralidade de valores do vector, e os valores de vector são descomprimidos em paralelo.

10. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o passo de compactação compreende ainda aplicação de ruído aleatório os valores de dados da tabela de consulta para melhorar a precisão nos cálculos.

11. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o primeiro processador compreende uma unidade de processamento central (CPU), e a memória de primeiro nível compreende uma memória cache.

12. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um segundo processador em comunicação com o primeiro processador, o segundo processador tendo uma memória de primeiro nível e uma memória de segundo nível, sendo a memória de segundo nível do segundo processador mais lenta mas com uma maior capacidade de memória do que a memória de primeiro nível do segundo processador; e em que a tabela de consulta em vez disso é armazenada na memória do primeiro nível do segundo processador, os índices são, ao invés, armazenados na memória do segundo nível do segundo processador, e em que a tabela de consulta e os índices são ao invés acedidos a partir da memória do primeiro nível e do segundo nível do segundo processador, respectivamente, para descomprimir seletivamente a representação do modelo de terra comprimido no segundo processador, em vez do primeiro processador e para permitir o cálculo pelo segundo processador, em vez do primeiro processador.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o segundo processador compreende uma unidade de processamento gráfico (GPU), e a memória de primeiro nível compreende uma memória partilhada.

14. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o segundo processador compreende uma matriz de portas de campo programável (FPGA), e a memória de primeiro nível compreende um bloco de RAM (BRAM).

15. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os valores dos dados da tabela de consulta compreendem um ou mais dos valores derivado, escalar, e de vector.

16. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de dados de modelo de terra compreende os parâmetros do modelo acústico.

17. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de dados de modelo de terra compreende parâmetros de modelo de isotropia transversal vertical (VTI).

18. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de dados de modelo de terra compreende parâmetros de modelo de isotropia transversal inclinada (TTI).

19. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de dados de modelo de terra compreende parâmetros de modelo de densidade variável TTI.

20. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de dados de modelo de terra compreende os parâmetros do modelo elástico.

21. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o conjunto de dados de modelo de terra compreende parâmetros de modelo visco elástico.

22. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o cálculo compreende o processamento sísmico.

23. Sistema de computação, utilizando uma representação do modelo de terra, caracterizado pelo fato de que compreende: uma memória de primeiro nível; uma memória de segundo que é mais lenta, mas com uma capacidade de memória maior do que a memória de primeiro nível; um primeiro processador tendo acesso a um conjunto de dados de modelo de terra, estando o primeiro processador operacionalmente em comunicação com a memória de primeiro nível e com a memória de segundo nível; meios legíveis por computador não transitórios, acessíveis pelo primeiro processador, os meios legíveis por computador, compreendendo um código legível por computador para: comprimir o conjunto de dados de modelo de terra no primeiro processador para gerar uma representação comprimida de modelo de terra, em que a representação comprimida do modelo de terra compreende uma pluralidade de índices de dados e uma tabela de consulta compreendendo valores quantizados de dados, pela quantização do conjunto de dados do modelo de terra para gerar pelo menos um dos valores quantizados de dados; armazenar a tabela de consulta na memória do primeiro nível; armazenar os índices na memória de segundo nível, e aceder à tabela de consulta da memória de primeiro nível e aos índices da memória de segundo nível para descomprimir seletivamente a representação do modelo de terra comprimido no primeiro processador, para permitir o cálculo pelo primeiro processador.

24. Sistema de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que o processador compreende uma unidade de processamento central (CPU), e a memória de primeiro nível compreende um nível-um de memória cache (L1).

25. Sistema de acordo com a reivindicação 23, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente: um segundo processador em comunicação com o primeiro processador, o segundo processador tendo uma memória de primeiro nível e uma memória de segundo nível, sendo a memória de segundo nível do segundo processador mais lenta mas com uma maior capacidade de memória do que a memória de primeiro nível do primeiro processador; e em que os meios legíveis por computador, são acessíveis por um ou ambos de entre os primeiro e segundo processadores, e em que os meio legíveis por computador compreendem adicionalmente um código legível por computador para: armazenar a tabela de consulta na memória do primeiro nível do segundo processador, em vez de na memória de primeiro nível do primeiro processador; armazenar os índices na memória do segundo nível do segundo processador em vez de na memória do segundo nível do primeiro processador, e aceder à tabela de consulta e aos índices a partir das memórias do primeiro nível e do segundo nível do segundo processador, respectivamente, para descomprimir seletivamente a representação do modelo de terra o comprimido no segundo processador, em vez do primeiro processador, para permitir o cálculo pelo segundo processador em vez de pelo primeiro processador.

26. Sistema de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o segundo processador compreende uma unidade de processamento gráfico (GPU), e a memória de primeiro nível compreende uma memória partilhada.

27. Sistema de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o segundo processador compreende uma matriz de portas de campo programável (FPGA), e a memória de primeiro nível compreende um bloco de RAM (BRAM).

28. Artigo de manufactura compreendendo um meio legível por computador não transitório tendo um código legível por computador incorporado no mesmo, o código legível por computador adaptado para ser executado para implementar um método para cálculo utilizando uma representação do modelo de terra, o método caracterizado pelo fato de que compreende: compressão de um conjunto de dados de modelo de terra no primeiro processador para gerar uma representação do modelo de terra comprimido, a representação do modelo de terra comprimido que compreende uma pluralidade de índices de dados e uma tabela de consulta compreendendo valores quantizados de dados, pela quantização do conjunto de dados do modelo de terra para gerar pelo menos um dos valores quantizados de dados; armazenamento da tabela de consulta na memória de um primeiro nível; armazenamento da representação do modelo de terra comprimido numa memória de segundo nível, sendo a memória de segundo nível mais lenta, mas com uma maior capacidade de memória do que a memória de primeiro nível, e acesso à tabela de consulta da memória de primeiro nível e aos índices de memória do segundo nível para descomprimir seletivamente a representação do modelo de terra comprimido no primeiro processador, para permitir o cálculo pelo primeiro transformador.

29. Artigo de manufactura de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que o método compreende ainda: armazenamento da tabela de consulta numa memória de primeiro nível de um segundo processador, em vez da memória de primeiro nível do primeiro processador; armazenamento dos índices numa memória de segundo nível do segundo processador, em vez na memória de segundo nível do primeiro processador, sendo a memória de segundo nível do segundo processador mais lenta mas com uma maior capacidade de memória do que a memória de primeiro nível do segundo processador, e acesso à tabela de consulta e aos índices a partir das memórias do primeiro nível e do segundo nível do segundo processador, respectivamente, para descomprimir seletivamente a representação do modelo de terra comprimido no segundo processador, em vez do primeiro processador, para permitir o cálculo pelo segundo processador em vez de pelo primeiro processador.